孔祥平

摘 要 聯(lián)絡(luò)通道位于左右線區(qū)間隧道之間，有時(shí)兼做排水泵房，是地鐵區(qū)間隧道工程的重要組成部分，聯(lián)絡(luò)通道和泵站的功能是緊急疏散、匯集和排放區(qū)間積水。隨著我國先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備的引入，推動(dòng)我國地鐵工程行業(yè)的發(fā)展。昆明軌道交通6號線二期工程塘子巷站至岔街站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工，地基采用凍結(jié)法加固，凍結(jié)法施工技術(shù)具有強(qiáng)度高、隔水效果好、安全性能強(qiáng)以及環(huán)保等特點(diǎn)。本文分析軟土地層聯(lián)絡(luò)通道施工中凍結(jié)法施工技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 軟土地層;聯(lián)絡(luò)通道;凍結(jié)法;施工技術(shù)

引言

凍結(jié)法施工在城市軌道交通施工建設(shè)中，也扮演著越來越重要的地位，它具有強(qiáng)度高、封水效果好、安全性高、環(huán)保等特點(diǎn)，但一直以來工期長、造價(jià)高、凍脹性和融沉性難控制等因素制約了其大范圍推廣使用。采用洞內(nèi)凍結(jié)法加固地層，以此作為基礎(chǔ)開展聯(lián)絡(luò)通道礦山法開挖施工作業(yè)，選擇和使用合理的凍結(jié)法施工技術(shù)，可以降低施工中安全風(fēng)險(xiǎn)等級，保證土體加固質(zhì)量，施工更加的安全，凍結(jié)法施工軟土地層聯(lián)絡(luò)通道取得了較好的效果。

1工程概況

昆明軌道交通6號線二期工程起于東風(fēng)廣場，至于東部汽車站，與6號線一期工程相接，通往昆明長水機(jī)場。聯(lián)絡(luò)通道處地面交通繁忙，管線眾多且復(fù)雜，地層復(fù)雜，周邊建筑物密集。

土層由上至依次為：人工填土層（1）1、粉質(zhì)黏土（黏土）（2）1-3、粉土（2）4-3、黏土（4）1-3、粉土（4）4-4、粉砂（4）5-3。

本區(qū)間距離盤龍江約1000m，本場區(qū)地下水通道與盤龍江連通，存在水位補(bǔ)給關(guān)系。此外，拓東體育館站～菊華綜合樞紐站區(qū)間沿線路敷設(shè)方向地勢逐漸變底，地下水匯集。擬施工區(qū)間地下水主要賦存于第四系圓礫、礫砂、粉土、粉砂中，地下水以潛水為主。

2軟土地層聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備工作

第一，做好技術(shù)準(zhǔn)備。在凍結(jié)法施工之前，需要做好技術(shù)準(zhǔn)備工作，根據(jù)需冷量設(shè)計(jì)選擇合適的冷凍設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)場提供的基準(zhǔn)坐標(biāo)、資料和圖紙，對現(xiàn)場的中心軸線進(jìn)行放樣測量和復(fù)核，結(jié)合各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求、合同內(nèi)容以及進(jìn)度計(jì)劃等做好相關(guān)準(zhǔn)備。在技術(shù)措施準(zhǔn)備中，重點(diǎn)開展對新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料以及新設(shè)備等做好技術(shù)交底工作。合理安排施工材料的需求計(jì)劃、混凝土配合比等工作，滿足各施工環(huán)節(jié)的需求。

第二，做好現(xiàn)場準(zhǔn)備。在現(xiàn)場準(zhǔn)備工作中，一般從現(xiàn)場供排水系統(tǒng)和臨時(shí)供電系統(tǒng)兩個(gè)方面入手。在供排水系統(tǒng)準(zhǔn)備工作中，需要從施工用水接駁口連接相應(yīng)的供水路，一直連接到聯(lián)絡(luò)通道以及泵房位置，為鉆孔和凍結(jié)施工用水做好準(zhǔn)備，一般來說，水管的規(guī)格為2寸，供水能力應(yīng)當(dāng)超過10m?/h。對于現(xiàn)場排水需要經(jīng)過一定沉淀之后排到指定位置，泥漿禁止排放到排水系統(tǒng)。在臨時(shí)供電系統(tǒng)準(zhǔn)備工作中，設(shè)備供電能力保持在350kW以上，在洞內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道和泵房旁設(shè)變壓器，采取10KV高壓送電到變壓器，將高壓變?yōu)榈蛪汉笤訇P(guān)至工作面。對于沿墻敷設(shè)的電纜需要保證其可靠性和固定性，對于穿過施工道路的電纜，可以采取埋地或者架空方式，做好用電安全管理和防護(hù)工作[1]。

2.2 凍結(jié)孔施工控制

在凍結(jié)孔施工中，首先確定凍結(jié)孔施工順序，孔位選擇以不損害管片主筋、管縫、螺栓及鋼管片肋板等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及部件為原則，若孔位與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及部件存在沖突，孔位位置可適當(dāng)調(diào)整，但不能偏離原孔位中心位置100mm。在施工過程中可以選中J-200的金剛石鉆機(jī)，鉆孔深度控制在300mm左右，防止管片被鉆穿，鉆孔完成后用高壓風(fēng)槍吹凈孔內(nèi)石渣，安裝成品孔口管，孔口管口固定在管片外側(cè)面并對孔口進(jìn)行密封處理，同時(shí)孔口法蘭與凍結(jié)管之間間隙用鋼板焊接密封。開孔示意圖如圖1所示。

鉆孔使用MD-80A鉆機(jī)，對鉆機(jī)和鉆具進(jìn)行選擇，保證其相互匹配，考慮地層以軟土為主，凍結(jié)管采用套管絲扣方式連接，采用跟管法鉆進(jìn)來減少對地層擾動(dòng)。在鉆孔之前，需要根據(jù)孔的不同參數(shù)優(yōu)化鉆機(jī)選擇，做好密封裝置安裝。在正常鉆進(jìn)環(huán)節(jié)，可以采取簡易鉆頭，通過無水鉆進(jìn)的方式，盡可能減少水土流失，避免地面和隧道出現(xiàn)沉降問題。在鉆進(jìn)中，如果出現(xiàn)水土流失導(dǎo)致地面沉降的情況，可以根據(jù)每日檢測數(shù)據(jù)認(rèn)真分析，采取控制打鉆技術(shù)參數(shù)或?qū)卓谖恢猛馏w進(jìn)行補(bǔ)壓漿等措施。鉆孔環(huán)節(jié)需要做好孔斜監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，采用燈光測斜儀進(jìn)行測斜，并且繪制出相應(yīng)的鉆孔偏斜圖。

2.3 凍結(jié)制冷系統(tǒng)安裝

凍結(jié)制冷系統(tǒng)由兩部分組成，一是凍結(jié)工作面，即對聯(lián)絡(luò)通道兼泵房地層凍結(jié)加固及其使用的冷卻管路;二是凍結(jié)站，凍結(jié)站應(yīng)靠近凍結(jié)工作面布置，設(shè)備安裝作業(yè)中，需要根據(jù)設(shè)備說明書進(jìn)行安裝。在管路連接和保溫中，通過干管連接，做好冷凍機(jī)組蒸發(fā)器等設(shè)施的安裝。由于隧道內(nèi)兩側(cè)管片存在一定散熱現(xiàn)象，在影響范圍內(nèi)隧道管片內(nèi)側(cè)采取安裝冷凍板措施進(jìn)行加強(qiáng)凍結(jié);同時(shí)在隧道管片表面敷設(shè)保溫層，保溫層采取導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.04w/mk的橡塑保溫材料，在凍結(jié)站具體的安裝中，需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和程序開展，保證凍結(jié)站安裝的質(zhì)量和水平，為凍結(jié)法施工做好充分的準(zhǔn)備，單個(gè)凍結(jié)站系統(tǒng)圖如圖2所示[2]。

2.4 凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)

凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)試環(huán)節(jié)，根據(jù)相關(guān)要求對其進(jìn)行調(diào)整，保證凍結(jié)單孔流量超過5m?/h，設(shè)計(jì)凍結(jié)時(shí)間40～50天;積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至零下18攝氏度以下，積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至零下24攝氏度以下，開挖前鹽水的溫度應(yīng)當(dāng)控制在零下28攝氏度以下，并且去回路溫差不大于2攝氏度。在積極凍結(jié)過程中，根據(jù)測溫判斷凍結(jié)帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且與隧道完全膠結(jié)后，可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。進(jìn)入凍結(jié)期維護(hù)之后，凍結(jié)帷幕符合設(shè)計(jì)要求，可以開始相應(yīng)的開挖和結(jié)構(gòu)施工，凍結(jié)時(shí)長貫穿整個(gè)施工過程。

2.5 開挖和支護(hù)施工

（1）開挖施工

在開挖施工作業(yè)前，需要對隧道兩側(cè)設(shè)置相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力隧道支架，減少通道開挖中對隧道產(chǎn)生不良影響，可以通過型鋼桿件、千斤頂以及固定支撐等做好鋼支架結(jié)構(gòu)，如圖3。同時(shí)需要設(shè)置相應(yīng)的安全應(yīng)急門，防止大量涌泥、水采取其他搶救措施無效情況下，可以借助安全應(yīng)急門保證隧道安全。根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖紙開展應(yīng)急門設(shè)計(jì)和施工，保證其安全性和牢固性，安全門需要采取滿焊方式，通過密封實(shí)驗(yàn)合格才能使用[3]。

在具體開挖作業(yè)中，需要結(jié)合土體強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，做好準(zhǔn)備工作，通過探孔確保沒有水或者泥沙流出。在土方開挖中，需要考慮施工現(xiàn)場實(shí)際情況，采取短段短砌技術(shù)，喇叭口處開挖步距控制在0.3m，通道和集水井開挖中，距離應(yīng)當(dāng)控制在0.5米，對開挖順序進(jìn)行優(yōu)化。

（2）支護(hù)施工

在結(jié)構(gòu)施工作業(yè)中，需要注重臨時(shí)支護(hù)方式的優(yōu)化改進(jìn)，考慮凍結(jié)施工的工藝特征，采取有效的支護(hù)方式，保證施工工藝的安全可靠，保證其良好的支護(hù)作用，同時(shí)起到延緩水化熱的傳遞，盡可能減少凍土開挖出現(xiàn)變形情況。支護(hù)采用臨時(shí)支護(hù)加永久二襯的方式。臨時(shí)支護(hù)采用鋼拱架+鋼筋網(wǎng)片+木背板形式，臨時(shí)支護(hù)背后是否采用木背板隔離凍土層進(jìn)行保溫，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境溫度及土體開挖表面情況決定。在噴射混凝土質(zhì)量控制工作中，考慮到噴射混凝土初噴過程中，溫度上升對凍結(jié)壁的破壞，采用快速開挖通道斷面（凍結(jié)帷幕足以抵抗地層水土壓力），分二次或一次噴射初支，在噴射混凝土施工采取分段、分片、分層等方式。

臨時(shí)支護(hù)完成后，進(jìn)行永久二襯施工，采用模注混凝土，為保證該部位混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B等級滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，一次連續(xù)進(jìn)行澆筑。由于聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)澆筑量較大，澆筑時(shí)間不可過快，因此澆筑較長;可在混凝土內(nèi)加入一定量的緩凝劑，砼入模后需振搗，確保施工質(zhì)量[4]。

2.6 凍脹、融沉控制措施

盡管在地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中凍結(jié)法應(yīng)用比較成熟，但施工完成后期的凍脹和融沉仍要引起重視，其控制不好容易引起鄰近建構(gòu)筑物沉降、結(jié)構(gòu)變形甚至破壞。因此加強(qiáng)對聯(lián)絡(luò)通道積極凍結(jié)完成后期融沉注漿控制尤為重要，針對區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工凍脹和融沉階段，采用ANSYS建立三維有限元數(shù)值模型分析聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法在凍脹融沉階段地層變形。

在施工過程中要加強(qiáng)對該部位的監(jiān)控量測，認(rèn)真分析隧道管邊變形情況，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果調(diào)整鹽水流量、鹽水溫度等凍結(jié)施工參數(shù)，保證凍土帷幕厚度。

凍土帷幕解凍時(shí)一般采取自然解凍或強(qiáng)制解凍兩種方法，自然解凍缺點(diǎn)是周期相對較長。為了減少地層解凍融沉對通道及鄰近建構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影響，在通道結(jié)構(gòu)上預(yù)留注漿管注漿，注漿孔每2米布設(shè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)7個(gè)注漿點(diǎn)位，在凍土帷幕化凍過程中進(jìn)行注漿補(bǔ)償凍土帷幕融沉損失[5]。

2.7 施工監(jiān)控

施工監(jiān)控是聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)遵循穩(wěn)定性和變形控制原則，結(jié)合監(jiān)控的流程，保證施工監(jiān)控工作有效開展。施工監(jiān)控的主要目標(biāo)是保證施工誤差和結(jié)構(gòu)變形在預(yù)期范圍內(nèi)，保證聯(lián)絡(luò)通道建設(shè)符合設(shè)計(jì)要求。在施工監(jiān)控的過程中，做好水平孔的施工、凍結(jié)系統(tǒng)、凍結(jié)帷幕、周邊環(huán)境和隧道表型、收斂監(jiān)測工作，保證監(jiān)控任務(wù)順利開展。在區(qū)間結(jié)構(gòu)垂直位移的監(jiān)測中，根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道的影響范圍，在襯切環(huán)上每四環(huán)設(shè)置一個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，上行線和下行線個(gè)設(shè)置13個(gè)點(diǎn)。區(qū)間結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測中，根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道施工影響范圍，每四個(gè)環(huán)設(shè)置一個(gè)位移監(jiān)測點(diǎn)，上行線和下行線共設(shè)置26個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。隧道收斂監(jiān)測中，在隧道對應(yīng)的水平位移點(diǎn)，每間隔4到8環(huán)設(shè)置一個(gè)監(jiān)測界面，按照四點(diǎn)六線的方式開展測量，根據(jù)實(shí)際情況在上行線和下行線設(shè)置合理的監(jiān)測點(diǎn)個(gè)數(shù)。在地表和管線的位移監(jiān)測中，在地表沉降監(jiān)測中，根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道開挖方向設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測斷面，在聯(lián)絡(luò)通道的中間位置設(shè)置監(jiān)測斷面，在距離斷面兩側(cè)5.6米的位置，各設(shè)置一個(gè)沉降觀測斷面，根據(jù)通道中軸線布設(shè)相應(yīng)的沉降位移監(jiān)測點(diǎn)[6]。

3凍結(jié)法施工中安全措施和環(huán)保措施

3.1 安全措施

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工前，對施工范圍進(jìn)行探孔取樣判斷地層穩(wěn)定性，是否存在噴水、涌沙等安全隱患，做好物資搶險(xiǎn)準(zhǔn)備，有效應(yīng)對各種類型的突發(fā)事件。在實(shí)際的鉆孔中，需要做好泥漿流量的控制工作，采取有效的防火措施，動(dòng)火前需要做好動(dòng)火證，加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)工作。對于高空作業(yè)人員，需要做好安全帶防護(hù)，對于垂直雙層作業(yè)需要采取有效的安全防護(hù)措施。其次，做好凍結(jié)施工安全措施。在凍結(jié)站需要安全兩套凍結(jié)機(jī)組，正常運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)當(dāng)保證一臺機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，另外一臺作為備用，以應(yīng)對緊急情況。同時(shí)，需要做好聯(lián)絡(luò)通道固土區(qū)域管片保溫工作，加強(qiáng)凍結(jié)環(huán)節(jié)中鹽水箱液面測量工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鹽水泄露，及時(shí)上報(bào)。凍結(jié)環(huán)節(jié)需要做好卸壓孔內(nèi)部壓力觀測工作，當(dāng)壓力增加一定幅度之后，需要及時(shí)打開卸壓孔，同時(shí)做好預(yù)應(yīng)力支架的安裝工作，做好管片的變形控制，嚴(yán)格按方案控制開挖步距，盡量減少臨時(shí)支護(hù)間距。若發(fā)生噴水、涌沙等事件，及時(shí)利用應(yīng)急砂袋層物資及時(shí)填充，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。如果控制沒有效果時(shí)，需要關(guān)閉應(yīng)急門，采取打氣或者注水方式，避免土體出現(xiàn)坍塌。采取信息化管理措施，更好地開展監(jiān)控工作，加強(qiáng)不同部門的聯(lián)絡(luò)，優(yōu)化生產(chǎn)指揮體系，使得工作情況能夠及時(shí)傳遞，保證施工中的安全、高效，在現(xiàn)場施工內(nèi)部可以安裝影響的電話和可視探頭，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性監(jiān)測[7]。

3.2 環(huán)保措施

在環(huán)境保護(hù)措施中，減少對地層環(huán)境污染，同時(shí)嚴(yán)格落實(shí)節(jié)能、節(jié)材以及節(jié)水措施，構(gòu)建節(jié)約型和環(huán)保型工程。在具體工作中，需要及時(shí)了解天氣變化情況，根據(jù)當(dāng)?shù)氐难辞榍闆r，保證施工現(xiàn)場沒有積水，排水不出現(xiàn)外溢、堵塞等問題，水質(zhì)符合排放標(biāo)準(zhǔn)。對于冷凍機(jī)組的噪音問題，可以將凍結(jié)站設(shè)備放置在隧道的內(nèi)部，減少噪聲污染。杜絕使用尾氣排放不符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械設(shè)備，針對一些有毒肥料，不能進(jìn)行燃燒，廢棄物中不能含有有毒有害物質(zhì)，防止污染問題發(fā)生。對于工程中的棄土采取集中堆放的方式，及時(shí)做好棄土清理工作，避免造成隧道污染[8]。

4結(jié)束語

我國城市地下工程建設(shè)雖然發(fā)展步伐較快，但是總體來說起步比較晚，凍結(jié)法施工技術(shù)應(yīng)用較短，針對地鐵工程聯(lián)絡(luò)通道處地面交通繁忙，管線眾多且復(fù)雜，地層復(fù)雜，施工難度大的特點(diǎn)，凍結(jié)法施工技術(shù)具有非常好的加固效果，有著非常好的優(yōu)勢。因此，在具體的施工中，需要結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道實(shí)際情況，科學(xué)合理利用凍結(jié)法施工技術(shù)，保證工程施工質(zhì)量，項(xiàng)目摸索出一套適用于軟土地層的凍結(jié)施工工藝，提供成功的借鑒和很好的驗(yàn)證，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對推動(dòng)凍結(jié)法在同類地層的應(yīng)用將產(chǎn)生重要作用和較大影響，具有極大地推廣價(jià)值。

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